Влияние температурных деформаций теодолита

Высокоточный теодолит является чувствительной измерительной системой, реагирующей на всевозможные изменения условий работы, особенно на изменения температурного режима. Высокоточные угловые измерения на пунктах геодезической сети выполняют в утренние и вечерние часы, когда температура воздуха изменяется наиболее быстро и на значительную величину в течение каждого часа. Теодолит, хотя и с некоторым запаздыванием, реагирует на эти изменения температуры. разные коэффициенты расширения оптических и металлических деталей теодолита приводят к изменениям в относительном расположении частей. Следовательно, нарушается отъюстированная геометрическая схема, положенная в основу конструкции инструмента. Эти деформации сравнительно малы. Но если принять во внимание, что в высокоточном теодолите изменение взаимного положения некоторых оптических деталей всего лишь на несколько десятых долей микрометра может привести к ошибкам до 1" и более, то становится ясным, насколько бережно и аккуратно надо обращаться с высокоточным теодолитом.

Для ослабления влияния изменений температуры прибора теодолит следует тщательно защищать от солнечных лучей зонтом или брезентом. не следует измерять углы в часы резкого изменения температуры окружающей среды. До начало наблюдений на пункте теодолит следует выдерживать в тени не менее одного часа, чтобы его температура стала равной температуре воздуха. плавные изменения температуры воздуха и теодолита в процессе измерений на пункте неизбежны. Их влияние на точность измерений тем меньше, чем короче длится каждый отдельный прием и чем симметричней располагаются наблюдения относительно среднего момента его исполнения.

Влияние рефракции

Визирный луч между геодезическими пунктами проходит сквозь воздушную среду. Физическое состояние воздуха непрерывно изменяется во времени и пространстве. Давление, температура, влажность воздуха даже на небольшой территории зависят от формы рельефа, почвы, растительного покрова и других обстоятельств. Например, визирный луч может проходить вблизи строений или предметов, нагревающихся быстрее атмосферы. Все это обуславливает смену температуры и плотности воздушных слоев на отдельных участках пути визирного луча. Траектория светового луча между визирной целью и теодолитом будет проходить оптически кратчайшим путем (по менее плотным слоям воздуха). Поэтому она имеет вид неправильной сложной кривой двоякой кривизны. Наблюдатель видит визирную цель не по прямой, соединяющей теодолит с наблюдаемым предметом, а по касательной к последнему элементу траектории светового луча. Отклонение визирного луча от стягивающей хорды вызвано рефракцией.

Мерой рефракции при угловых измерениях является угол  между касательной к визирному лучу в его начальной точке и хордой, соединяющей конечные точки луча. Проекцию этого угла на горизонтальную плоскость называют боковой рефракцией.

Боковая рефракция может достигать 0,5 — 0,7", при неблагоприятных условиях 5 — 7" и более. Вследствие большого разнообразия подстилающей поверхности и ее физических свойств поля боковой рефракции в пределах каждой конкретной территории распределяются случайным образом. Поэтому ошибки в углах, обусловленные влиянием полей рефракции в сплошных геодезических сетях, имеют случайный характер. Однако для каждого конкретного направления они не являются случайными, действуют как систематические.

Днем и ночью боковая рефракция имеет разные знаки. Ее величина зависит от погоды и условий прохождения визирного луча. Максимальной величины боковая рефракция достигает в безветренные ясные жаркие летние дни. В пасмурную и прохладную погоду при наличии хотя бы небольшого ветра ее влияние ослабевает.

Поправки за боковую рефракцию не вводят. Они определяются ненадежно. Часто ошибка рефракционной поправки больше самой поправки. При неизменных метеорологических условиях боковая рефракция длительное время может сохранять свою величину, внося систематические искажения в наблюдения.

Наличие боковой рефракции ограничивает точность измерений горизонтальных углов. Для ослабления ее влияния необходимо:

0. наблюдения на пункте выполнять, по крайней мере, в две видимости (утреннюю и вечернюю) или растягивать на период двух суток и более;

1. наблюдения производить симметрично по времени относительно нулевых градиентов температуры воздуха, сочетая вечерние и утренние наблюдения. В отрезке времени, близком к нулевым градиентам, сами градиенты, а значит, и функционально связанная с ними боковая рефракция, переходя через нуль, изменяет знаки на противоположные. Нулевые градиенты температуры воздуха наступают через 1 — 2 часа после восхода солнца и за 1 — 2 часа перед его заходом;

2. на пункте перед наблюдениями необходимо проверить и в случае необходимости принять меры к тому, чтобы луч визирования проходил не ближе 20 см от столбов сигнала. Не должно быть никаких предметов вблизи пути визирного луча. Любой предмет нагревается скорее, чем воздух, значит, и слои воздуха около предмета нагреваются скорее, и потому будут иметь меньшую плотность. Визирный луч, стремясь пройти оптически кратчайшим путем, претерпит боковое горизонтальное искривление к предмету.